一種GIS非全停擴建技術在武漢電網(wǎng)中的應用

李曉暉，余 勝，楊 毅

（1.武漢電力職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430072；2.武漢供電設計院，湖北 武漢 430032）

0 引言

GIS 組合電器具有占地面積小、可靠性高、免維護、檢修周期長等特點，在土地資源越來越稀缺及變電站無人化、智能化的發(fā)展背景下，已廣泛應用于220 kV及以下電壓等級城市電網(wǎng)變電站中。

GIS 由于其自身布局緊湊、集成度較高的結(jié)構特點，在后期擴建間隔拼裝模塊時，往往影響已投運設備甚至需要全站停電，對于部分城市電網(wǎng)影響極大。針對GIS 擴建過程中已投設備的停電施工問題，特別是新擴部分耐壓試驗過程中對受壓部位、操作空間及停電方式問題，廠家已提出不同的解決方案。

本文以110 kV 寶安變電站為例，介紹了一種GIS非全停擴建技術在城市中心變電站中的應用，希望對類似變電站GIS設計提供優(yōu)化建議。

1 項目背景

110 kV寶安變位于武漢市內(nèi)大型社區(qū)南湖片區(qū)中心位置，其供電負荷全部為居民和周邊商業(yè)用電。該變電站原為戶外AIS 變電站，已有3 臺容量為50 MVA主變，變比為110/10 kV，110 kV原為單母分段接線，出線現(xiàn)有3回。由于附近武漢地鐵5號線張家灣主變電所需要進線電源，本期將寶安變站內(nèi)110 kV配電裝置改造為戶內(nèi)GIS設備，接線改為雙母線接線，本期出線4 回，另外留有2 個備用間隔，該工程為配合地鐵通車需在2021年11月底前完成送電。而根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，寶安變短期內(nèi)需擴建出線間隔，為加強該站可靠性，計劃從220 kV鲇魚套變電站引一回電源，需占用改造后的寶安變備用間隔中的一個，項目計劃于2022年實施。

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴建間隔時不停電施工的可能性。

2 常規(guī)方案問題分析

備用間隔的擴建過程中需考慮停電主要受以下兩個要素的影響：新上導電體及氣室與已上部分的對接施工；安裝完畢后，對新上設備進行現(xiàn)場耐壓及老化試驗對現(xiàn)有母線和相鄰設備的影響。

對于雙母線接線形式下GIS 遠期備用間隔的設計，在武漢地區(qū)一般情況下處理方式是將備用間隔的母線刀閘上齊，備用間隔所在母線部分設計與其他完整間隔沒有差別，相鄰間隔僅通過1 個盆式絕緣子進行氣室阻隔。該方式下氣隔示意圖、平面布置圖及間隔斷面圖分別如圖1～圖3所示。

圖1 常規(guī)方式下氣隔圖Fig.1 Gas isolation diagram in conventional mode

圖2 常規(guī)方式下平面布置圖Fig.2 Floor plan in conventional mode

圖3 常規(guī)方式下間隔斷面圖Fig.3 Section in conventional mode

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴建間隔時不停電施工的可能性。

在設備對接施工過程中，要求對接部位的氣室降為零（一個標準大氣壓），相鄰氣室氣壓減半。從斷面圖可以看出，其結(jié)構決定了備用間隔擴建部分不具備輪停對接的條件，只能同時與兩個母線刀閘所在氣室進行拼接，備用間隔母線氣室氣壓需降至零，而其對應母線與前期完整間隔之間并無緩沖氣室進行過渡，故拼接時雙母線需同時停電。

而在110 kV GIS 的常規(guī)交流耐壓試驗過程中，一般分為“老練試驗”和“耐壓試驗”兩個階段進行，“老練試驗”階段試驗電壓為72 kV，耐壓試驗階段最高試驗電壓達到184 kV。若母線不停電，前期已上母線側(cè)隔離開關在耐壓試驗階段單斷口將承受工頻（50 Hz）運行電壓63.5 kV和變頻（100 Hz）試驗電壓184 kV，將對該斷口的絕緣性能帶來極大的考驗?？紤]到上述因素，在《DL/T 555-2004 氣體絕緣金屬封閉開關設備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則》中第3.5 條規(guī)定：GIS 擴建部分進行耐壓試驗時，原有相鄰設備應斷電并接地，否則應考慮突然擊穿對原有部分造成的損壞并采取措施。結(jié)合本工程案例如當前期IM 母線停電與擴建母線對接安裝完畢后在對母線進行耐壓試驗時，IM母線上的各個間隔母線側(cè)隔離開關需接地。為避免造成間隔接地故障，IIM母線上各間隔母線側(cè)隔離開關也需斷開，所有進出線將停電。

綜上，后期間隔擴建時無論在設備拼接階段還是后期交接耐壓試驗，寶安變110 kV GIS設備均需全停，根據(jù)經(jīng)驗全停時間一般在四天～五天，對周邊居民影響巨大，因此有必要對GIS 進行優(yōu)化設計以滿足后期擴建時的不停電施工。

3 GIS氣室布局的優(yōu)化

通過上述分析可知，常規(guī)設計的GIS 組合電器由于結(jié)構緊湊，缺乏氣室的過渡，間隔擴建過程中不可避免地對相鄰間隔產(chǎn)生影響而停電。若對GIS母線氣室布局進行優(yōu)化，在整套GIS 設備中設置若干個靈活的過渡模塊，實現(xiàn)一定條件下帶電模塊與擴建模塊的有效隔離，GIS 不停電擴建就有可能實現(xiàn)。經(jīng)過設計院與GIS 廠家反復溝通論證，在擴建間隔與前期完整間隔母線間設置一個由軸向膨脹節(jié)和T模塊組成的可拆卸導體，通過該過渡導體的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)非全停擴建間隔。

改進后寶安變GIS組合電器的氣隔圖和平面布置圖如4、圖5。

圖4 方案優(yōu)化后GIS平面布置圖Fig.4 GIS layout after scheme optimization

圖5 方案優(yōu)化后GIS平面氣隔圖Fig.5 Gas isolation diagram after scheme optimization

具體施工步驟如下：

1）母線斷口形成階段：經(jīng)過雙母線輪停，拆除T模塊內(nèi)部的導體，形成一個安全斷口，氣隔如圖6所示；

圖6 母線端口形成階段氣隔圖Fig.6 Gas isolation diagram of bus port formation stage

2）模塊拼接階段：安裝備用間隔擴建模塊，此時T模塊斷口的右側(cè)母線帶負荷，左側(cè)人工接地，氣隔如圖7所示；

3）耐壓試驗階段：通過母線隔離開關和拆除T 模塊內(nèi)可拆卸導體形成兩個斷口，滿足耐壓試驗要求，已上完整間隔可帶電運行，氣隔同圖7所示；

圖7 模塊拼接及耐壓試驗階段氣隔圖Fig.7 Gas isolation diagram of module splicing and voltage withstand test stage

4）母線導通階段：上（下）母線停電、下（上）母線投運中，完成上（下）母線的T模塊內(nèi)斷口處導體安裝；下（上）母線對上（下）母線充電完成對T 模塊老練試驗，氣隔如圖8所示。

圖8 母線導通階段氣隔圖Fig.8 Gas isolation diagram of bus conduction stage

通過上述施工過程的分析可以看出，通過設置軸向膨脹節(jié)和T 模塊組成的過渡氣室，在前期設備與后期擴建間隔母線之間形成緩沖區(qū)域，并設置SF6密度繼電器、壓力釋放裝置和吸附劑。可拆卸斷口可滿足前期設備和后期設備分別試驗的要求，同時在設備對接拼裝過程中也能做到可靠隔離，可滿足非全停擴建的要求。

該方案中T模塊在擴建間隔做最高試驗電壓達到184 kV耐壓試驗時不安裝可拆卸導體與相鄰正常運行間隔導通，完成上述實驗后GIS母線輪停安裝，并只進行工頻（50 Hz）運行電壓63.5 kV 的老練試驗，單個導電桿及元器件需在安裝之前做耐壓試驗。

寶安變配電裝置改造工程按照上述方案對GIS結(jié)構進行優(yōu)化后，滿足了后期GIS 備用間隔擴建時不停電施工的要求。

4 設計中應注意的問題

1）在國家電網(wǎng)有限公司通用設計和通用設備中，110 kV GIS 間隔寬度都要求為1 000 mm，個別合資廠家間隔寬度可以按800 mm設計，而為非全停擴建而增設的過渡模塊需在母線間留出1 500 mm～2 000 mm的位置，與通用設計和通用設備不相吻合。目前國網(wǎng)通用設計中GIS 室的布置極為緊湊，若過渡模塊設計過多有可能突破典設尺寸，設計院需在平面布置時考慮尺寸增大的情況。

2）在武漢地區(qū)GIS 應用雙母線接線時，設計院依照國家電網(wǎng)有限公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》12.2.1.7 條中“如計劃擴建出線間隔，應將母線隔離開關、接地開關與就地工作電源一次上全”，機械理解為所有主接線形式下均需將備用間隔中的母線側(cè)刀閘上齊，而從寶安變改造GIS 設置過渡模塊化擴建間隔的施工過程可以看出，雙母線接線中備用間隔在模塊拼接和耐壓試驗階段是與帶電運行部分完全分隔開的，備用間隔母線刀閘上與不上實質(zhì)上對擴建過程中停電范圍沒有影響，可以考慮只上母線過渡氣室，母線隔離刀閘完全沒有必要上。因此將來遇到類似工程時應轉(zhuǎn)換思路，多加的母線刀閘未必一定就是有利的，一定要具體工程具體分析。

通過上述分析可知，常規(guī)設計的GIS 組合電器由于結(jié)構緊湊，缺乏氣室的過渡，間隔擴建過程中不可避免地對相鄰間隔產(chǎn)生影響而停電。若對GIS母線氣室布局進行優(yōu)化，在整套GIS 設備中設置若干個靈活的過渡模塊，實現(xiàn)一定條件下帶電模塊與擴建模塊的有效隔離，GIS 非全停擴建就有可能實現(xiàn)。經(jīng)過設計院與GIS 廠家反復溝通論證，在擴建間隔與前期完整間隔母線間設置一個由軸向膨脹節(jié)和T模塊組成的可拆卸導體，通過該過渡導體的轉(zhuǎn)換可不停電擴建間隔。

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴建間隔時不停電施工的可能性。

5 結(jié)語

GIS在雙母線接線形式下在前期完整間隔與備用間隔（只上間隔內(nèi)部分設備）母線之間設置含可拆卸導體的過渡模塊，擴建時拆除母線可拆卸導體形成安全斷口，滿足GIS 模塊拼接和耐壓試驗中非全停施工的要求。設計人員應在工程設計中綜合考慮尺寸和客觀需要合理設計備用母線刀閘及母線過渡氣室，既方便擴建又滿足運行的相關要求。